Glioblastoma multiforme is one of the most lethal primary brain tumors in adult. Generally, treatment of Glioblastoma after surgery is combination of fractionated radiotherapy and temozolomide. However it is hard to remove glioblastoma completely because glioblastoma has uncertain boundary with surrounding tissues. Moreover the effect of combination therapy has not been successfully achieved since glioblastoma has diverse resistances.
Many factors for drug resistance have been reported but whether MKP-1 contributes to drug resistance is rarely reported. In cases of ovarian and lung cancers, MKP-1 has been pointed out that it is attributed to cisplatin resistance. In hepatoma, it is considered as a mediator that induces resistance to not only specific drug but diverse anti-cancer drugs. However there is no report that MKP1 is involved drug resistance in glioblastoma. In this research, therefore, I tried to figure out the reason of drug resistance to glioblastoma is mediated by MKP-1 or not.
Contrary to other cancer cells previously reported that MKP-1 was induced to external stimuli in glioblastoma MKP-1 was highly expressed without external stimuli. To test the high expression at basal state is one of causes for anti-cancer drug resistance, MKP-1 expression level was reduced by siMKP-1 in glioblastoma, and it was treated with 10 different anti-cancer drugs. As expected, cell death was increased in MKP-1 knockdown group. Especially topoisomerases inhibitors irinotecan and etoposide, which are widely used in treatment for other cancers, showed the most significant cell death increase in response to MKP-1 knockdown. To confirm high level of MKP-1 endows drug resistance with glioblastoma by inhibiting JNK, which is one of major cell death inducers, cell death was measured in response to MKP-1 knockdown while JNK is inhibited. Cell death was increased by the drug when JNK was inhibited by chemical compound SP600125.
From these results, MKP-1 is considered as one of mediators by which glioblastoma retains drug resistance. Therefore the mechanism is proposed that overcome drug resistance by inhibiting MKP-1 in glioblastoma.
악성뇌교종(Glioblastoma multiform)은 성인에게 가장 치명적인 뇌종양(primary brain tumor)중 하나이다. 뇌 교종의 치료는 수술 이후에 분할방사선치료(fractionated radiotherapy)와 temozolmide를 병합 치료하는 것이 일반적이다. 그러나 수술의 경우 주변조직과의 불분명한 경계를 가진다는 특징으로 인해 완벽한 제거가 어렵고 병합 치료의 경우 뇌 교종이 가지는 다양한 저항성으로 인해 치료 효과를 보는 것이 어렵다.
약물에 대한 암세포의 내성에는 많은 물질들이 이미 보고된 바 있지만, 드물게 유사분열물질 활성화 인산화 효소 탈 인산화 효소(mitogen activated protein kinase phosphatase-1, MKP-1)이 약물저항성에 관여한다는 연구결과가 있다. 난소암(ovarian cancer) 및 폐암(lung cancer)의 경우 cisplatin에 저항성을 가지게 하는 물질로 MKP-1이 지목되었으며 간암(hepatoma)에서는 특정 약물이 아닌 다양한 항암제에 저항성을 가지게 하는 매게 인자로 연구되었다. 그러나 MKP-1이 뇌교종세포에서 약물 내성에 관여한다는 보고는 아직 없다. 따라서 본 연구에서는 뇌 교종세포가 가지는 높은 약물 저항성 특징이 MKP-1에 의한 것인 지 밝히고자 했다.
기존에 연구된 암세포와 다르게, 뇌 교종 세포는 외부자극(external stimuli) 없이도 MKP-1을 항상 높은 양 발현하고 있음을 보았다. 이러한 발현이 항암제 저항성과 관련 있는지를 확인하기 위해, 짧은 간섭 RNA(siRNA)을 이용해 MKP-1의 발현을 줄인 뒤 10가지 다양한 약물을 처리했다. 그 결과 예상과 같이 MKP-1 발현이 저해된 집단에서 약물에 대한 민감도가 증가하는 것을 확인했다. 또한 다른 종류의 암에서도 광범위하게 사용되고 있는 약물인 DNA 회전효소(DNA topoisomerase) 저해제, 이리노테칸과 에토포시드를 이용하여 농도 별로 약물을 처리했을 때도 동일한 결과를 보였다. 또한 높은 MKP-1의 발현이 잘 알려진 세포 사멸의 유도자인 JNK의 인산화(phosphorylation)를 억제 함으로 JNK-매게 세포사멸(JNK-mediated apoptosis)를 방해한다는 것을 JNK inhibitor(SP600125) 실험을 통해 알아냈다.
이러한 결과는 뇌 종양 세포에서 MKP-1이 약물에 대한 저항성을 가지게 하는 하나의 인자로 작용하며, MKP-1를 제한함으로써 약물저항성을 극복할 수 있다는 가능성을 제시하였다.
